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基于构件的数控群物联网改造
资料介绍
为了对现有数控群进行物联网改造,实现企业由自动化孤岛到物联网集成制造系统的转换,文章研究了基于构件的数控群物联网改造技术和实施方法.首先探讨了数控体系的物联网架构的分解与重构,构件库表示以及基于刻面的构件分类.并基于此以双面铣液压车床、液压点胶机和全自动剥线压线端子机为例做了构件检索和建模的示例分析,最终建立了新的基于构件的数控群.这种方法避免了对大多的数控硬件的重新设计和大大减少了数控软件工作量,使整体改造成本减少了2/3,改造周期缩短了1/2,且完全实现了数字化和网络化的改造目标,同时模块化的设计也可满足未来进一步扩展的需求.
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第 12 期
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
Dec. 2017
2017 年 12 月
文章编号:1001 ﹣ 2265(2017)12 ﹣ 0085 ﹣ 04
DOI:10. 13462 / j. cnki. mmtamt. 2017. 12. 021
基于构件的数控群物联网改造∗
朱文琦,王臻卓
(河南工业职业技术学院,河南 南阳 473000)
摘要:为了对现有数控群进行物联网改造,实现企业由自动化孤岛到物联网集成制造系统的转换,文
章研究了基于构件的数控群物联网改造技术和实施方法。 首先探讨了数控体系的物联网架构的分
解与重构,构件库表示以及基于刻面的构件分类。 并基于此以双面铣液压车床、液压点胶机和全自
动剥线压线端子机为例做了构件检索和建模的示例分析,最终建立了新的基于构件的数控群。 这种
方法避免了对大多的数控硬件的重新设计和大大减少了数控软件工作量,使整体改造成本减少了
2 / 3,改造周期缩短了 1 / 2,且完全实现了数字化和网络化的改造目标,同时模块化的设计也可满足未
来进一步扩展的需求。
关键词:重构;数控群;物联网
中图分类号:TH122;TG506
文献标识码:A
Study on CNC Group Transformation for IoT Based on Components
ZHU Wen-qi,WANG Zhen-zhuo
(Henan Polytechnic Institute,Nanyang Henan 473000,China)
Abstract: In order to carry on the IoT transformation in the existing CNC group, realize the upgrade of the
enterprise from the automation island to the IoT integrated manufacturing system, this paper has a study on
the transformation technology and implementation method of CNC group for IoT (Internet of Things). First-
ly it discusses the decomposition and reconstruction CNC architecture from IoT point of view, component li-
brary representation and component classification based on facets. Secondly, it makes a case study for com-
ponent retrieval and modeling taking the double milling lathe, the hydraulic hydraulic dispenser and automat-
ic stripping line terminal machine as an example. Finally it builds up the new CNC group based on compo-
nents. This method can avoid to redesign of CNC hardware, and mostly and greatly reduce the workload of
CNC software, the overall transformation cost is reduced by 2 / 3, the transformation period is shortened to
1 / 2 of original, and it can full realize the goal of the digital and network transformation, while modular de-
sign can also meet the future demand for further expansion.
Key words: reconfigurable;CNC group;IoT
一管理,互相孤立,不能重复利用。 因此建立一个基于
0
引言
物联网的数控群可以建立设备与设备之间,以及设备,
随着互联网技术的高速发展,装备制造业也迅速
工程师 PC 和管理 PC 之间的桥梁,完成信息的交互和
向网络化,智能化,集约化方向发展。 在德国推出工业
4. 0,美国提出智能制造的同时,中国科技部也在“十三
五”战略研究中对先进制造技术领域提出了 “ 互联
网 + ”高新技术战略[1] 。 目的是通过融合先进制造技
术、信息系统、互联网络依靠科技创新实现生产制造的
透明工厂和智能车间,打造中国版的“工业 4. 0”,实现
互通,同时也是实现全自动生产线的基础,最终实现无
纸化车间,真正建成数字化、网络化、智能化的制造企
业的有益尝试。
针对某校企的生产车间,目前大量的数控机床的
自动化孤岛现状,如何对其进行有效的物联网改造呢?
当前常用的解决方案是对数控机床首先进行硬件的升
级,更换支持通信模块(如 Ethernet, CAN 等) 的处理
器,然后移植数控软件到新的平台,最后基于新的硬件
和软件建立物联网。 但这样的方法并不适合我们现存
符合我国国情的制造企业现状拓展和升级[2]
。
针对我们目前企业车间的生产现状,大部分数控
机床还处在自动化孤岛阶段[3] ,数据传递需要人工拷
贝,设备信息、数控代码、工程图纸等软件信息难于统
收稿日期:2017 ﹣ 01 ﹣ 25;修回日期:2017 ﹣ 02 ﹣ 26
∗基金项目:河南省科技厅科技攻关项目:基于 PAC 的柔性工业生产线物流控制系统研制(122102210381)
作者简介:朱文琦(1984—),女,河南南阳人,河南工业职业技术学院讲师,研究方向为机电一体化技术,(E ﹣ mail)zhuwenqi12@ 126. com。
万方数据
第 12 期
·86·
组合机床与自动化加工技术
的很多中小企业。 第一,成本过高,
几乎要完全摒弃旧的硬件设备,中
小企业难以承担如此巨大的投入。
第二,周期过长,不管是重新设计硬
件还是移植软件到新的平台都会经
历较长的周期[4] 。 针对以上难题,
本文提出了基于构件的物联网改造
方案。 下面做具体研究和分析。
1
需求分析
由于该车间生产的产品经常
变更,日常工作的加工对象繁多,
该车 间 目 前 包 含 双 面 铣 液 压 车
床,半自动液压钻孔车床,升降式
六轴扩、攻、镗 组 合 机 床, 升 降 式
扩、攻组合机 床, 液 压 点 胶 机, 全
自动剥线压线端子机等多达十多
种不同种类的数控机床。 该车间
五年前曾经经过一次换代升级把
80 年代的纯手工操作车、铣、刨、
磨等旧式机床换成一批新的半自
动或全自动的数 控 机 床, 大 大 提
高了工作效率。 目前假如再升级
成带有网络互连功能的新型数控
机床,一者成本太高;二者旧的数
控系统目前并未 被 淘 汰, 假 如 换
图 1 基于软件总线信息流的数控物联网体系
新一代的数控机 床, 旧 的 数 控 将
控。 信息流包含事件流和数据流,事件流包含制造
系统中传递的控制信息,而数据流包含制造系统中
传递的制造参数、实时数据和诊断信息等[5] 。 通过
对事件流或者数据流的层层追踪和逐层分析,可以
解析出可重构体系的基本构件。 如图所示,不同的
层次其实可由多个事件流或数据流组成,而某个子
信息流的元素又可以继续分解为子事件流或子数
据流,便于做更深一层次的构件分析,鉴于,篇幅这
里不做信息流的具体讨论。 下面基于以上结构对
车间的数控机床进行分解和重构。
被闲置,浪费太大。 经过可行性分析,最终我们决
定对现有的数控群进行物联网改造,在原有的数控
系统中加入通信模块使原来的数控机床具有通信
互联和信息共享的功能使其接入物联网络。
针对如此繁多的数控机床改造对象,不同的数控
芯片,不同的软件,不同的加工对象,不同的用途,假如
分别研制和改造,各自开发其通讯模块,然后集成,最
后联调,必然会使整个开发周期拖得很长,而且也会增
加很多的人力成本和开发成本,难以达到预期的目标。
因此我们采用了基于构件的重构技术和重用开发来实
现短时间内的多个目标对象的相同功能模块的扩展和
补充。
3
数控机床的分解与重构
3. 1 数控系统的分解
由于目前制造设备的多样性,传统制造系统功能
和实现上的专用性和局限性,外设接口的单一性和封
闭性,这些都使得体系结构缺乏可重构的能力。 对于
每个数控系统的改造,假如开发人员都要从源代码级
重新开发,将存在大量的低水平重复和工作量的浪
2
可重构的数控体系
在实际构件数控群物联网络的架设过程中,我们
根据还原论的原理,经由对数控体系进行组成元素、数
据结构、通信方法和工作机制的分析,得出了如图 1 所
示的基于软件总线信息流的数控体系结构。
费[6]
。
数控的构成无非是硬件设备和软件信息流转
的组合。 硬件包括控制硬件和机械结构,用于保证
数控机床能完成高强度和高精度的物理加工动作,
如车、铣、刨、磨等。 而软件信息流是促成整个加工
动作的连贯,加工精度的量化,实时加工状态的监
首先基于方法论剖析一下数控系统重构过程。 图
2 即为基于方法论的数控系统分解与重建流程。 在现
存的数控系统 1 开发中,R1(Requirement 1)反映了已
有系统应用的具体需求。 不同功能水平的制造系统其
所控制的轴数,加工的精度等性能参数都具有很大的
差别。
万方数据
控等复杂的加工流程所需的控制信息的监视和调
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